pianificazione,pulizia,connessioneemisura: aspetti chiave

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PIANIFICAZIONE, PULIZIA, CONNESSIONE E MISURA:
ASPETTI CHIAVE NELLA CORRETTA INSTALLAZIONE
DEL CABLAGGIO IN FIBRA OTTICA
I collegamenti ottici ad altissima velocità, installati principalmente nelle dorsali
LAN e nei data centre, meritano un’attenzione speciale se devono fornire la
capacità trasmissiva desiderata a lungo termine: da un’accurata pianificazione
del loss budget (attenuazione prevista) e dalla selezione di prodotti adatti,
tramite una corretta installazione e misure di accettazione per mantenere il
cablaggio ottico installato, la pulizia del connettore è di cruciale importanza.
Le prestazioni ottiche sono negativamente influenzate dai connettori che sono stati contaminati, usurati o graffiati come risultanza di un uso improprio, poiché tutto questo fa crescere le
perdite di inserzione (IL) e riduce le perdite di ritorno. Come conseguenza, il collegamento ottico potrebbe non fornire più la velocità di trasmissione desiderata o può cessare di funzionare.
Valori normali di attenuazione troppo bassi
Una ragione di ciò sta nei valori di attenuazione della linea di
trasmissione richiesti dagli standard, che sono basati su calcoli
troppo conservativi, come dimostrano questi tre esempi:
1. Per la trasmissione di un segnale 10 Gigabit Ethernet su una
fibra OM2 a 850 nm, è permessa dalla norma EN 50173-1:2011 una
perdita sulla linea di trasmissione di 1,8 dB, compresa la fibra.
Perciò, in un collegamento a 4 connettori, ci sono meno di 0,45 dB
disponibili per ogni connessione. Sfortunatamente, lo standard
permette una perdita d’inserzione di 0,5 dB massimi per il 95% di
tutti i connettori staccabili. Perdite superiori ad un livello di 0,75 dB
sono permesse per il rimanente 5%.
Figura 1: misura con OTDR. © EXFO/Opternus
2. Riguardo a trasmissioni a 40 e 100 Gigabit su fibre OM3/OM4,
lo standard IEEE 802.3ba:2010 specifica perdite di inserzione
della linea di trasmissione al massimo di 1,9 (OM3)/1,5 dB (OM4)
rispettivamente, comprese le fibre. Questo lascia 1,5/1,0 dB circa
per tutte le connessioni.
3. Nel caso di reti FTTH (fibra in casa), la connessione dal punto
d’ingresso dell’edificio fino alla presa d’utente nell’appartamento
può avere un’attenuazione massima di 1,2 dB.
Quando bisogna assicurare una buona trasmissione, tutti questi
valori – specialmente sotto un punto di vista a lungo termine –
sono solo appena sufficienti. Nel caso di qualsiasi contaminazio-
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ne o usura, non può più essere garantita una trasmissione senza
errori.
Questi esempi ancora non danno conto di qualsiasi contributo
di attenuazione aggiuntiva dovuto a giunzioni. Per evitare ogni
ulteriore aggravamento del problema posto da ciò che è, in ogni
caso, di un budget di attenuazione marginale, dovrebbero essere stabiliti negli appalti migliori requisiti ottici prestazionali di
quelli fissati negli standard e quando si selezionano connessioni
ottiche asportabili. Tra le altre cose, l’impiego di cavi ottici preconnettorizzati può essere appropriato; in linea di principio, i
connettori dovrebbero essere protetti da strutture appropriate.
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Limiti più stringenti raccomandati di perdita d’inserzione
I valori di perdita d’inserzione specificati negli standard EN 501731:2011 e ISO/IEC 11801:2010 per connessioni ottiche rimovibili si
applicano per ogni connessione connettorizzata. Ciò significa,
per esempio, che la connessione di una bretella ottica con un
cavo installato dotato di connettori – siano questi pre-assemblati
o giuntati tramite pigtail – non dovrebbe eccedere i valori specificati per soddisfare le perdite d’inserzione dell’intero collegamento definite dagli standard (per esempio, quelli delle tabelle
F4 e F5 di EN 50173-1:2011).
D’altra parte, i diodi laser nelle reti metropolitane o nelle WAN
(laser FP e DFB), reagiscono in modo molto sensibile alla riflessione nel connettore. Per questa ragione i connettori APC con
valori di flusso di ritorno molto elevati sono invariabilmente
impiegati nelle MAN e nelle WAN.
Come spiegato sopra, questi valori sono “i requisiti minimi”
migliori. Lo standard di misurazione ISO/IEC 14763-3, d’altra
parte, ha maggiori esigenze, in quanto specifica le condizioni di
base definite. In particolare, stabilisce che il cavo sotto misura
dovrebbe avere un “connettore master” (connettore di riferimento) di elevata centricità. La Tabella 4 di ISO/IEC 14763-3,
comunque, specifica valori di perdita d’inserzione più stringenti
per le connessioni rimovibili tra il connettore master e il connettore del collegamento sotto misura rispetto a EN 50173-1:2011.
Per i connettori SC con fibre multimodali è al massimo di 0,3 dB
e diventa di 0,5 dB con fibre monomodali.
Esecuzione delle misure
Il metodo con “3 bretelle” è molto diffuso per le verifiche che
utilizzano un misuratore di attenuazione (Figura 2). Ciò prevede di
non avere aggiustamenti con tre spezzoni di cavo relativamente
corti (cordone di lancio, cordone di calibrazione in campo e cordone terminale). Durante la misura, il cordone di calibrazione in
campo può essere sostituito dall’apparato sotto misura. Se la
sorgente luminosa del misuratore di attenuazione non ha un
modo di distribuzione specificato (EF = encircled flux, flusso definito. Eccitazione modale LMD in accordo con ANNEX A di ISO/IEC
14763-3), il cordone di lancio dovrebbe essere avvolto su un mandrino definito. Ciò assicura di ottenere il modo di distribuzione
specificato.
Datwyler ritiene che questi valori di perdite d’inserzione più bassi
dovrebbero anche essere applicati agli altri connettori standardizzati che son odi fatto espressamente permessi dagli standard
di cablaggio. In particolare gli LC duplex (IEC 61754-20) e gli
MPO (IEC 61754-7) per i sistemi di cablaggio di data center menzionati nella Parte 5 di EN 50173:2011. Come spiegato sopra, per
garantire una trasmissione affidabile per velocità di trasmissione
dati maggiori di 10 Gigabit al secondo, i valori di attenuazione
d’inserzione dovrebbero essere tenuti, se possibile, al di sotto di
quelli specificati nella ISO/IEC 14763-3..
Due metodi di misura
Lo standard ISO/IEC 14763-3 descrive il collaudo per il cablaggio
in fibra per sistemi trasparenti all’applicazione. Spiega la terminologia base, i requisiti, le configurazioni e i metodi di misura.
Questo standard di base fornisce due metodi di prova di accettazione, impiegando un misuratore di attenuazione oppure un
OTDR. Il vantaggio della misura con OTDR è che un installatore
con esperienza può immediatamente usare i risultati per la
ricerca guasti e la rettifica dei difetti.
Riflessioni elevate
come segnale di avvertimento
La misura tramite OTDR fornisce anche informazioni sulle riflessione elevate, che non possono essere registrati con un misuratore di attenuazione. È interessante osservare che i valori della
perdita di riflessione (RL) negli standard di cablaggio sono tenuti
molto moderati: > 20 dB per cavi multimodali e > 35 dB per
quelli monomodali.
Queste prescrizioni di basso RL dovrebbero solo essere viste in
un contesto di componenti di trasmissione (VCSEL) utilizzati
nelle LAN. Una RL bassa significa anche una riflessione relativamente alta. Le prestazioni in trasmissione con diodi laser specificati per LAN con velocità di trasmissione minori o uguali a 1 Gbp
sono virtualmente esenti da riflessione.
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Basse riflessioni sono sempre sintomo di scarso trasferimento del
connettore e indicano difetti d’installazione. Potrebbe trattarsi di
connettori contaminati, con aria tra i nuclei delle fibre, o con
frontali graffiati o usurati.
Figura 2: verifica con un misuratore di attenuazione.
Anche le misure eseguite con un OTDR (Figura 3) possono essere eseguite con un cordone di lancio e uno terminale, per i quali
lo standard definisce una lunghezza di almeno 75 metri per finire multimodali e 150 metri per quelle monomodali. In certe condizioni e richiesta una misura bilaterale/bidirezionale con OTDR,
per determinare il valore di attenuazione efficace. Questo aiuta
durante il verificarsi di amplificazioni del segnale apparenti note
come gainer, prodotte quando si collegano fibre diverse, quando fibre piccole sono giuntate con fibre più grandi o quando si
collegano tipi diversi di fibra.
Figura 3: verifica con OTDR.
In entrambi i metodi di collaudo i cordoni di misura devono contenere fibre con gli stessi valori nominali dell’apparato da testare.
Nei cavi multimodali i valori nominali sono il diametro del nucleo e
della guaina, nei cavi monomodali i diametri del campo modale e
quello della guaina ed in entrambi i casi l’apertura numerica.
Nelle connessioni monomodali i difetti d’installazione possono
essere rivelati facendo misure in due lunghezze d’onda differenti
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(1310 e 1550 nm o maggiori). Tale verifica è frequentemente
richiesta per le fibre monomodali.
Sempre bello e pulito
Connessioni ottiche pulite sono non solo un importante prerequisito per collaudi con esito positivo. Se i collegamenti ottici
devono avere una vita lunga, i connettori ottici devono sempre
essere tenuti puliti e essere puliti con attenzione durante ogni
processo di accoppiamento. Se trattati con cura, i connettori
ottici possono tranquillamente essere usati per più di 1000 cicli
di inserimento. Senza la pulizia, comunque, si possono danneggiare in modo permanente, e rovinare completamente, già alla
prima inserzione.
Nel Febbraio 2011 è stato pubblicato un rapporto tecnico dedicato esclusivamente a “Metodi di pulizia dei connettori ottici” (IEC/TR
62627-01:2010).
Esempi tipici di contaminazione
Situazioni di contaminazione dei connettori ottici si possono avere
se la superficie del connettore viene in contatto con la pelle (materiale sebaceo, etc.), venendo in contatto con un altro connettore
che è già stato contaminato o con sporcizia e polvere presenti
nell’ambiente; per esempio, se i connettori di prova vengono
appoggiati su una superficie (Figura 4 sulla sinistra).
Se un connettore è venuto in contatto con un connettore contaminato, sarà invariabilmente necessario pulire accuratamente
entrambi i connettori e l’accoppiatore. Allo stesso tempo, è vantaggioso se il cablaggio in fibra è stato installato usando patch
panel ottici estraibili, come gli EP FO di Datwyler, perché questi
rendono più semplice mantenere puliti i connettori e gli adattatori al loro interno. Contenitori per giunti di colore nero permettono di rilevare facilmente la presenza di polvere e sporcizia sullo
sfondo scuro.
Attrezzi di pulizia professionali
I connettori ottici possono essere puliti con alcool isopropilico
(98%) e appositi fazzoletti. Quando si fa pulizia con alcool ultrapuro, bisogna preoccuparsi di rimuovere ogni traccia del pulitore.
Comunque, è meglio utilizzare attrezzi sviluppati appositamente per la pulizia dei connettori, come quelli che Datwyler propone nel proprio catalogo (vedi sotto).
Figura 4: superfici di connettori contaminate (sopra) e pulite (sotto).
Prove di accettazione con il microscopio
Una corretta pulizia è di particolare importanza quando si tratta di
prove di accettazione. In pratica, un certo numero di singoli test
Questo argomento è talmente importante da
essere inserito negli standard di cablaggio. In
ISO/IEC 11801, alla voce “Requisiti Generali”, si
legge: “Connettori e adattatori ottici dovrebbero essere protetti da polvere e altri contaminanti, specificatamente mentre non sono
accoppiati. I terminali dei connettori dovrebbero essere ispezionati in accordo con ISO/IEC
14763-3 e conseguentemente essere puliti
quando necessario, prima della connessione”.
I requisiti sotto lo standard Sezione 5.3.2 di
ISO/IEC 14763-3 del Settembre 2010 dicono
quanto segue sull’argomento: “Polvere, sporcizia e altri contaminanti all’interfaccia del cablaggio sotto verifica o
alle interfacce dei cordoni di prova e alle interfacce con l’apparato
di misura possono produrre risultati fuorvianti e, in alcuni casi,
danneggiare il cablaggio sotto misura.”
E prosegue affermando che: “i terminali dei connettori sui cordoni
di misura dovrebbero essere ispezionati secondo Annex B derivato
da IEC 61300-3-35. Se sono sporchi o contaminati devono essere
puliti seguendo le raccomandazioni di Annex H e re-ispezionati
come da Annex B. se i connettori sul cordone di misura sono danneggiati o non rispettano i requisiti dell’Annex B, i cordoni devono
essere sostituiti.”
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vengono eseguiti in serie. È successo, per esempio, che una scatola di giunzione è stata verificata usando OTDR senza che chi effettuava la prova (operante con stretti vincoli di tempo) pulisse il
connettore di test per la fibra di lancio e i pigtail tra una misura e
l’altra o effettuasse controlli ripetitivi sullo stato del connettore.
Comunque, se la superficie del connettore di prova fosse stata
contaminata nel corso di una verifica di questo tipo, questa sporcizia si diffonderà a tutti gli altri connettori nelle prove seguenti.
La superficie del connettore si usurerà se entrambi i connettori
di una connessione ottica rimovibile e l’adattatore ottico non
saranno tenuti continuamente puliti.
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Ciò, in definitiva, porterà a risultati di collaudo non soddisfacenti.
Nel caso di prove di accettazione con OTDR, i connettori contaminati mostrano spesso perdite elevate e raramente alti livelli di
retro riflessione.
Perdite di ritorno inferiori si possono avere anche con connettori
monomodali APC contaminati. Nel caso peggiore, i connettori
da testare subiranno danni permanenti e la stessa cosa accadrà
ai connettori di prova (Figura 5).
Figura 5: I segni neri su questa fibra
ottica sono danni che frequentemente
si verificano durante la connettorizzazione in campo.
Per questa ragione gli specialisti ottici che operano in campo
dovrebbero, prima di ogni operazione di collegamento, usare un
microscopio con mimino 200 ingrandimenti, per valutare la
pulizia di fibre e connettori. Per ragioni di igiene e sicurezza, si
raccomanda l’impiego di un video-microscopio, che proteggerà
l’occhio dell’installatore contro qualsiasi radiazione laser possa
essere emanata dalla fibra. In più, un apparato di questo tipo ha
il vantaggio di consentire al connettore di essere osservato attraverso un accoppiamento ottico. Ciò significa che non è necessario disaccoppiare singolarmente ogni connessione. È anche possibile immagazzinare le immagini per ragioni di documentazione.
Controversie sul software
Alcuni fornitori di video-microscopi offrono anche un software
speciale per valutare la qualità del connettore. Questo software
è oggetto di dibattito, perché i criteri di passato/fallito dipendono in larga misura dal software stesso. Un occhio esercitato a
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questo dovrebbe essere in grado di apprezzare la superficie del
connettore, specie se ingrandita dal microscopio.
Per evitare che connettori e adattatori
ottici non vengano ricontaminati una volta
che sono stati puliti, è
importante assicurarsi che i cappucci antipolvere ad essi associati siano sempre
riposizionati fin quando non vengono collegati. Per gli adattatori SC duplex, Datwyler
può fornire opzionalmente delle chiusure auto-pulenti (vedi
sopra).
Conclusioni
Per quanto si è detto sopra, è evidente che negli appalti e quando si selezionano connessioni ottiche rimovibili, le prestazioni
ottiche dovrebbero essere soggette a requisiti più stringenti di
quelli definiti degli standard, per assicurare sufficienti margini di
attenuazione sul lungo termine. Gli aspetti trattati mostrano
anche che la pulizia delle connessioni ottiche è un’importante
garanzia di una verifica di accettazione positiva e di un funzionamento continuativo.
Nei limiti di questo studio è virtualmente impossibile descrivere
le complesse interrelazioni tari requisiti di uno standard, l’effettiva applicazione e un collaudo positivo. Per questo Datwyler
propone regolarmente corsi di addestramento sui sistemi in
fibra ottica, che trattano la gamma completa dei problemi in
modo dettagliato e con ampio spazio per le domande. Di regola,
Datwyler collabora con partner esperti quando si tratta di giunzione e misura.
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